CN103105991A - 单层电容触摸传感器及触控终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及触控技术领域，提供一种单层电容触摸传感器及触控终端，其中单层电容触摸传感器在基板上布设有若干列电极延伸部相互咬合的感应电极和驱动电极对；以及若干位于相邻感应电极饱和面之间的地电极。本发明将两种电极设计为咬合形状，通过咬合部分形成电容结构，使布线得以简化；进一步在基板上增加地电极，加大对地面积，从而改善了悬浮效应。

Description

单层电容触摸传感器及触控终端

【技术领域】

本发明涉及触控技术领域，特别涉及一种单层电容触摸传感器及触控终端。

【背景技术】

传统的电容触摸传感器通常需要多层导电材料结构，有些虽然只用单层导电材料结构来实现，但却需要在X方向-Y方向交叉点处增加跳线以形成X、Y两个维度相互交叉的网络，即要求其中一个维度的电极设计成在另一个维度的电极上进行跳线的结构，制作跳线结构时，首先需要在交叉的位置布设一绝缘层，然后再在绝缘层上布设由导电材料形成的跳线，这种布线非常复杂，对工艺精度要求较高。

电容触摸传感器触摸检测技术目前主要有互电容检测和自电容检测两种方式。由于互电容检测方式有着多点触摸的特点，使其成为了主流的电容触摸检测技术，但同时互电容检测也存在一些缺陷，例如悬浮效应。悬浮效应是指，当触控终端放置于高绝缘的物体表面时（即处于悬浮状态时），用较大的手指（如大拇指）触摸触控终端，会出现触摸面积反而比其他手指更小的现象。随着用户体验要求越来越高，悬浮效应成了采用互电容检测的产品性能的重要缺陷。

互电容的悬浮效应原理如下：在非悬浮状态下，由于人体对地的容抗较大，信号通过人体对地的阻抗和容抗与地有较大的耦合，从而通过截断磁感应线减小节点电容，并能检测到相应的变化量；而在悬浮状态下，对地的容抗非常小，信号几乎不能通过，当有大面积按压（如大拇指触摸）时，由于这种悬浮效应，将产生按压中心的位置电容增大、周围的电容减小的这种与预期相反的现象。悬浮效应的主要表现为大拇指按压拆点和大面积判断困难。

目前解决该问题的方法主要为采用金属外壳，加大设备对地面积，减小驱动、感应和手指的耦合电容。金属外壳具有必须与手指接触的局限性，加大设备对地面积具有产品的局限性，而减小驱动、感应和手指的耦合电容又会对信噪比有影响。

因此，如何简化单层电容触摸传感器的布线工艺，同时改善电容触摸传感器的悬浮效应，成为目前亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明提供一种单层电容触摸传感器，旨在改善现有电容触摸传感器的悬浮效应，并解决现有电容触摸传感器布线工艺复杂的技术问题。

本发明采用如下技术方案：

一种单层电容触摸传感器，包括基板，所述基板上布设有：

若干沿第一方向排列的感应电极，所述感应电极包括沿第一方向布设的感应电极块，在所述感应电极块的同一侧、以所述感应电极块为起点向第二方向延伸出的若干感应电极延伸部，所述第一方向与第二方向相垂直，并且相邻感应电极的感应电极延伸部的延伸方向相反；

若干沿第二方向排列的驱动电极，每一行的驱动电极包括数量与感应电极列数相等的驱动电极单元，所述驱动电极单元包括沿第一方向布设的驱动电极块，在所述驱动电极块的同一侧、以所述驱动电极块为起点向所述第二方向的反方向延伸出的若干驱动电极延伸部，以使驱动电极延伸部与对应的感应电极延伸部相咬合；以及

若干沿第一方向排列、位于相邻感应电极饱和面之间的地电极。

本发明还提供一种触控终端，所述触控终端采用本发明所述的单层电容触摸传感器。

本发明的技术效果在于：在单层导电材料结构中，将驱动电极和感应电极设计为咬合式结构，通过咬合部分形成电容结构，而无需再设计跳线，使布线得到简化，在一定程度上降低了对工艺条件的要求，结构简单，易加工；进一步在基板上增设条块状的地电极，通过加大对地面积，改善单层电容触摸传感器的悬浮效应，同时还充分利用了基板上原为盲区的面积。

【附图说明】

图1是本发明实施例1提供的单层电容触摸传感器的布线示意图。

图2是图1中A部分的放大示意图。

图3是本发明实施例4提供的单层电容触摸传感器的布线示意图。

图4是图3中B部分的放大示意图。

图5是图3中C部分的放大示意图。

附图标记：

感应电极1          感应电极块11        感应电极延伸部12

驱动电极2          驱动电极块21        驱动电极延伸部22

驱动电极走线23     地电极3             第一悬浮块41

第二悬浮块42       第三悬浮块43

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种单层电容触摸传感器，包括基板，基板上布设有若干沿第一方向排列的感应电极，感应电极包括沿第一方向布设的感应电极块，在感应电极块的同一侧、以感应电极块为起点向第二方向延伸出的若干感应电极延伸部，第一方向与第二方向相垂直，并且相邻感应电极的感应电极延伸部的延伸方向相反；

基板上还布设有若干沿第二方向排列的驱动电极，每一行的驱动电极包括数量与感应电极列数相等的驱动电极单元；驱动电极单元包括沿第一方向布设的驱动电极块，在驱动电极块的同一侧、以驱动电极块为起点向第二方向的反方向延伸出的若干驱动电极延伸部，以使所述驱动电极延伸部与对应的所述感应电极延伸部相咬合，相咬合部分构成的节点块即为有效触摸节点；

基板上还布设有若干沿第一方向排列、位于相邻感应电极饱和面之间的地电极。其中，饱和面是指感应电极完全平滑的一面，在本发明中，感应电极饱和面即为感应电极的感应电极块对应的一面，其非饱和面则为感应电极延伸部对应的一面。类似地，驱动电极饱和面即为驱动电极的驱动电极块对应的一面，其非饱和面则为驱动电极延伸部对应的一面。在相邻感应电极饱和面之间的区域内完全没有走线，通常的做法是在该区域内设有悬浮块，用于保持整个基板布线的平整度和透光率，其中悬浮块是指没有任何走线连接的电气独立金属线。而在本发明中，将悬浮块替换为地电极，进一步加大了地线，可以改善电容触摸传感器的悬浮效应。本发明中，感应电极、驱动电极、地电极以及悬浮块均可以使用相同的材质，例如均可以为ITO等导电材料。

本发明还提供一种采用上述的单层电容触摸传感器的触控终端。

本发明的实施例中，将感应电极与驱动电极设计为延伸部相互咬合的形式，通过咬合部分形成电容结构，从而无需设计跳线，简化了布线，使得电容触摸传感器结构更为简单，加工容易；在该电极设计的基础上，进一步在基板上感应电极饱和面之间的区域增设地电极，加大了对地面积，从而能够大大改善电容触摸传感器的悬浮效应。

实施例1

图1和图2所示为本发明实施例1的单层电容触摸传感器。该实施例中，以竖直方向为第一方向，水平方向为第二方向。从图中可见，该单层电容触摸传感器在基板上布设有若干沿竖直方向排列的感应电极1（电气连接至RX）、若干沿水平方向排列的驱动电极2（电气连接至TX），以及若干沿竖直方向排列的地电极3（电气连接至GND）。驱动电极走线23引出至与基板绑定的柔性印刷电路板（Flexible Printed Circuit，FPC）。

感应电极1包括感应电极块11，以及在感应电极块11同一侧、以感应电极块11为起点在水平方向延伸的若干感应电极延伸部12。相邻的感应电极1的感应电极延伸部11的延伸方向相反，从而形成两两相对的结构。每一行驱动电极2都包括与感应电极1列数相等的驱动电极单元，使得每一列感应电极1都对应有若干行驱动电极单元。每个驱动电极单元均包括竖直布设的驱动电极块21，以及在驱动电极块21同一侧、以驱动电极块21为起点在水平方向延伸的若干个驱动电极延伸部22，例如，通常每个驱动电极块21可以包含3至5个驱动电极延伸部22。图中感应电极1与驱动电极2在水平方向上形成“驱动-感应-感应-驱动-驱动-感应-感应-驱动...”这样同类电极之间背靠背式的排布。

驱动电极延伸部22的延伸方向与其相对应的感应电极延伸部12的延伸方向相反，以使得驱动电极延伸部22与对应的感应电极延伸部12相咬合。在感应电极延伸部12与驱动电极延伸部22的咬合位置即形成电容结构。如此，感应电极延伸部12可以实时感应到驱动电极延伸部22上的电荷变化，从而无需跳线即可实现单层触摸检测，使布线得到简化，在一定程度上降低了对工艺条件的要求，结构简单，易加工。感应电极延伸部12与驱动电极延伸部22之间的间距可随工艺及电场发散度要求而适当选取，优选大于等于0.1mm且小于等于0.6mm。

该实施例中，感应电极延伸部12与驱动电极延伸部22之间的区域内可以设有悬浮块，即第三悬浮块43。第三悬浮块43的作用之一是导致驱动与感应间的电场更发散，有利于触摸变化；作用之二则是可以有效减小节点部分驱动与感应的总面积，悬浮情况下通过手指传入感应的干扰信号变小。如此，在该实施例中，感应电极块11、感应电极延伸部12、驱动电极块21、驱动电极延伸部22、第三悬浮块43及各个第三悬浮块43之间的缝隙即构成了一个完整的触摸检测节点。

本实施例中采用单边出线的方式，即仅在基板的一底边（本实施例中为上底边）绑定有柔性印刷电路板。驱动电极走线23引出至该柔性印刷电路板，驱动电极走线23两侧均与驱动电极2相邻，驱动电极2将其走线23与感应电极1相隔离，以屏蔽驱动电极走线23与感应电极1间的干扰信号。具体地，驱动电极2将其走线23与感应电极1相隔离，可以在没有扫描的时候接地，因此驱动电极走线23与感应电极1间电场完全被中间的驱动电极块21吸收，互电容为零，触摸走线区时走线完全没有干扰数据产生。此单边出线的方式最佳效果最高可适配到100ohm。

本实施例中，基板上还布设有若干沿竖直方向排列、位于相邻感应电极饱和面之间的地电极3。该实施例中，每对相邻的感应电极饱和面之间具有一个地电极3，呈条状布设。地电极3的宽度可以为小于等于2.2mm，宽度太大可能会影响电容触摸传感器的线性度。该实施例中，地电极3与感应电极块11之间的空隙区域内设有第二悬浮块42，第二悬浮块42的作用在于可以改善感应电极1的信号衰减。

本实施例中，感应电极延伸部12、驱动电极延伸部22以及地电极3均为波浪形，波浪形的设计与传统的直线矩形设计相比，可以改善电容触摸传感器的视觉效果。

实施例2

本发明实施例2也提供一种单层电容触摸传感器。与实施例1的不同之处在于本实施例采用双边出线的方式，即在基板的上下底边均绑定有柔性印刷电路板，驱动电极走线23就近向基板的上下两底边引出，至相应的柔性印刷电路板。这种上下两底边绑定柔性印刷电路板可使驱动电极走线22的长度减半，可适配的方块电阻可以为原来的2倍，能适应更宽的驱动频率范围。此种双边出线的方式最佳效果最高可适配到200ohm。本实施例其余部分与实施例1类似，此处将不再赘述。

实施例3

本发明实施例3也提供一种单层电容触摸传感器。与实施例1的不同之处在于本实施例中的感应电极延伸部12、驱动电极延伸部22和地电极3均为矩形结构。矩型对称咬合的一个作用是使节点电容分布更均匀，增大了触摸有效区间，另一个作用可以减小感应电极1与走线区的有效正对面积，减小感应电极1与走线间的互电容。本实施例其余部分与实施例1类似，此处将不再赘述。

实施例4

图3、图4和图5所示为本发明实施例4的单层电容触摸传感器。同样地，与实施例1相同的地方将不再累述。

从图中可见，该实施例与实施例1主要的不同之处在于：每对相邻的感应电极饱和面之间具有两个呈条状布设的地电极3；并且最末两行的驱动电极单元的走线23进行了扭转，即最末两行的驱动电极单元的驱动走线23由实施例1中的在两个驱动电极之间变为在相邻感应电极1之间的两个地电极3之间。如图所示距离FPC最远的至多两行（本实施例中为两行）驱动电极单元的走线23两侧均与地电极3相邻，而其余驱动电极的走线23两侧均与驱动电极2相邻，以使其余驱动电极将其走线与所述感应电极相隔离。对于单边走线的情形而言，此种走线方式不至于使走线过细，将驱动电极走线23分在两个区域内引出，可以减轻工艺压力。

该实施例中，由于在两个地电极3之间也布设有驱动电极走线23，为了避免驱动电极走线23对感应电极1产生影响，地电极3的宽度大于等于感应电极块11宽度的两倍。例如，当感应电极块11的宽度为0.3mm时，地电极3的宽度大于等于0.6mm。该实施例中，地电极3与感应电极块11之间没有悬浮块。然而应理解，作为该实施例的一种变形，地电极3与感应电极块11之间也可以设有悬浮块（第二悬浮块42），以改善感应电极1的信号衰减。该实施例中，地电极3与距离柔性印刷线路板最远的至多两行驱动电极的走线之间的空隙区域内还设有第一悬浮块41。第一悬浮块41的作用可以减弱地电极3对所述驱动电极走线23的衰减程度。然而，作为该实施例的另一种变形，如果在地电极3与驱动电极走线23的间隙插设第一悬浮块41不足以满足工艺要求，则可选择不插设第一悬浮块41。该实施例中，感应电极延伸部12和驱动电极延伸部22均为矩形形状。然而应理解，它们也可以采用如实施例1中的波浪形。

本说明书中有关方向的描述具有相对的意义。例如，当指定第一方向为竖直方向时，则与第一方向相互垂直的第二方向即为水平方向；反之，当指定第一方向为水平方向时，与第一方向相互垂直的第二方向则为竖直方向。此外，尽管以上实施例中进行的说明均是以该单层电容触摸传感器在手机上，作为手机触摸屏的应用为例，然而应理解，本发明的单层电容触摸传感器及相应的触控终端还可以应用于手机、平板电脑、各种自助服务终端等等。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种单层电容触摸传感器，包括基板，其特征在于，所述基板上布设有：

若干沿第一方向排列的感应电极，所述感应电极包括沿第一方向布设的感应电极块，在所述感应电极块的同一侧、以所述感应电极块为起点向第二方向延伸出的若干感应电极延伸部，所述第一方向与第二方向相垂直，并且相邻感应电极的感应电极延伸部的延伸方向相反；

若干沿第二方向排列的驱动电极，每一行的驱动电极包括数量与感应电极列数相等的驱动电极单元，所述驱动电极单元包括沿第一方向布设的驱动电极块，在所述驱动电极块的同一侧、以所述驱动电极块为起点向所述第二方向的反方向延伸出的若干驱动电极延伸部，以使所述驱动电极延伸部与对应的所述感应电极延伸部相咬合；以及

若干沿第一方向排列、位于相邻感应电极饱和面之间的地电极。

2.根据权利要求1所述的单层电容触摸传感器，其特征在于，所述相邻感应电极饱和面之间具有一个地电极，并且所述基板的一底边绑定有柔性印刷电路板，所述驱动电极的走线引出至柔性印刷电路板，所述驱动电极的走线两侧均与驱动电极相邻，以使驱动电极将所有驱动电极的走线与感应电极相隔离；或者

所述相邻感应电极饱和面之间具有一个地电极，并且所述基板的上下两底边均绑定有柔性印刷电路板，所述驱动电极的走线就近向所述基板的上下两底边引出至相应的柔性印刷电路板，所述驱动电极的走线两侧均与驱动电极相邻，以使驱动电极将所有驱动电极的走线与感应电极相隔离。

3.根据权利要求1所述的单层电容触摸传感器，其特征在于，所述相邻感应电极饱和面之间具有两个地电极，并且所述基板的一底边绑定有柔性印刷电路板，所述驱动电极的走线引出至所述柔性印刷电路板，其中，距离所述柔性印刷线路板最远的至多两行驱动电极的走线位于相邻感应电极之间的两个地电极之间；其余驱动电极走线两侧均与驱动电极相邻，以使其余驱动电极将其走线与感应电极相隔离。

4.根据权利要求3所述的单层电容触摸传感器，其特征在于，所述地电极的宽度大于等于所述感应电极块的两倍。

5.根据权利要求3所述的单层电容触摸传感器，其特征在于，所述地电极与距离所述柔性印刷线路板最远的至多两行驱动电极的走线之间的空隙区域内设有或不设有第一悬浮块。

6.根据权利要求1所述的单层电容触摸传感器，其特征在于，所述地电极与所述感应电极块之间的空隙区域内设有第二悬浮块。

7.根据权利要求1所述的单层电容触摸传感器，其特征在于，所述感应电极延伸部与所述驱动电极延伸部之间设有第三悬浮块。

8.根据权利要求1所述的单层电容触摸传感器，其特征在于，所述地电极、所述感应电极延伸部和所述驱动电极延伸部分别为矩形或波浪形结构。

9.一种触控终端，其特征在于，所述触控终端采用权利要求1-9中任一项所述的单层电容触摸传感器。

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